TALEN редактирует гетерохроматин лучше, чем CRISPR-Cas9

Флуоресцентная микроскопия единичных молекул в живых клетках показала, что CRISPR-нуклеаза Cas9 менее эффективно справляется с редактированием гетерохроматиновых участков, чем TALEN. Именно этому посвящено исследование в Nature Communications.

Cas9 представляет собой эндонуклеазу, которая направляется к мишени гидовыми РНК. Подбирая гидовые РНК, можно запрограммировать Cas9 на поиск нужной последовательности ДНК. Нуклеаза TALEN также специфично распознает определенные участки ДНК, однако механизм распознавания принципиально отличается. ДНК-связывающий домен TALEN представляет собой тандемную последовательность из 33–34 аминокислотных мономеров. Модифицируя этот домен, TALEN можно «настроить» на любую последовательности ДНК.

В новом исследовании использовались лишенные нуклеазной активности аналоги Cas9 и TALEN — dCas9 и TALE соответственно. Оба белка продемонстрировали четыре основных типа поведения при навигации по геному и поиску сайтов-мишеней: 3D-диффузия, или события диссоциации-реассоциации макроскопических масштабов; «перепрыгивание», или диссоциация-реассоциация на маленькие расстояния; перенос между двумя сайтами связывания; скольжение вдоль молекулы ДНК. Первые два способа отражают глобальный поиск мишени, а скольжение и перепрыгивание на расстояние менее 5 п. н. — локальный. Для TALE в равной степени характерны оба варианта поиска, и фермент способен быстро переключаться между ними. dCas9 также использует оба варианта поиска, однако в среднем проводит больше времени за локальным поиском, чем TALE. Кроме того, различается поведение TALE и dCas9 в навигации по гетерохроматину. Авторы отмечают, что оба фермента ищут мишени в гетерохроматине медленнее, чем в эухроматине, однако TALE работает быстрее, чем dCas9.

Ученые также сравнили эффективность каталитически активных TALEN и Cas9 на различных участках ДНК. Они сконструировали серию TALEN и гидовых РНК для Cas9, нацеленных на распознавание участков гетерохроматина. Нуклеазы TALEN редактировали гетерохроматин в 2–5 раз эффективнее, чем Cas9, однако уступали Cas9 в редактировании эухроматина.

Результаты работы позволят улучшить подходы к редактированию разных регионов генома.

«Мы можем использовать TALEN в определенных случаях, или мы можем попытаться заставить CRISPR лучше работать на гетерохроматине», — говорит ведущий автор работы Хуэйминь Чжао, профессор химии и биомолекулярной инженерии в Иллинойсском университете в Урбана-Шампейне (США).